项目设计的前言：作为一个嵌入式的工程师，在编写代码时候，难免会遇到不同电平之间的转换。例如：RS485通讯方式，RS232，TTL信号，为了查看通讯之间数据的正确性，经常使用到不同的电平转换模块，还需要一个USB转串口工具，将数据上传到PC端，这样我们才能将查看控制器或者是负载返回的数据，为了避免调试代码起来方便，让自己的工作变得整洁，方便我们自己的工作，前端时间正好研究SPI通讯方式的NRF24L01这款无线芯片，利用业余时间做了一个无线通讯模块。在这里分享一下开发的经验。

一：部分原理图设计：

二：PCB图展示：

三：软硬件设计的思路：

在本次项目中使用主控为STM32F103C8T6芯片，当时使用该块芯片是因为该款芯片具有USB功能，该芯片可以虚拟一个USB的串口进行数据交互，而且封装也比较小，在PCB布局方面比较简单。

无线模块采用的是一款SPI通讯的NRF24L01芯片，在实际的使用过程中比较稳定，可以满足数据之间的交互。

软件设计思路：利用串口1的引脚的接收发送引脚，使用消息队列的方式，可以将USB下发的的数据发送出去。

使用串口2完成与SPI之间的交互，

软件配置参数：使用STM32cube MX软件生成USB，SPI，串口底层的驱动部分，这样开发起来也比较容易；

cube软件配置图如下，主要是对该项目中使用到的引脚进行配置

部分软件代码：

                if(sd == 0)
                {
                        USART_Cmd(USART2, ENABLE);                    //使能串口 
                        if(        linecoding_old.bitrate != linecoding.bitrate ||
                                        linecoding_old.datatype != linecoding.datatype ||
                                        linecoding_old.format != linecoding.format ||
                                        linecoding_old.paritytype != linecoding.paritytype )
                        {
                                if(        usart2_flag == 0 )
                                {
                                        uart2_config_change(linecoding);
                                        memcpy((void *)(&linecoding_old),(void *)&linecoding,sizeof(linecoding));
                                }
                        }
                        else if(queue_size(&Qusart2Send) > 0 && usart2_flag == 0)
                        {
                                QueueElementByte data_byte;
                                usart2_flag = 1;
                                if(dequene(&Qusart2Send,&data_byte) == 0 )
                                {
                                        USART_SendData(USART2,data_byte.buffer);
                                }
                                USART_ITConfig(USART2, USART_IT_TXE, ENABLE);//开启ENABLE/关闭DISABLE中断
                        }

                        if(GetEPRxStatus(ENDP6) == EP_RX_NAK)
                        {
                                SetEPRxValid(ENDP6);
                        }
                        if(GetEPRxStatus(ENDP4) == EP_RX_NAK)
                        {
                                if(CDC_MAXSIZE - queue_size(&Qusart2Send) >= 64 )
                                        SetEPRxValid(ENDP4);
                        }

                        if(nrf_state == 0)
                                NRF24L01_TxPacket(buffer,1);
                }
                else
                {
                        USART_Cmd(USART2, DISABLE);                    //失能串口 
                        if(nrf_state == 0)
                        {
                                if(dap2nrf_Data() == -1)
                                {

                                        if(GetEPRxStatus(ENDP6) == EP_RX_NAK)
                                        {
                                                SetEPRxValid(ENDP6);
                                        }

                                        if(        linecoding_old.bitrate != linecoding.bitrate ||
                                        linecoding_old.datatype != linecoding.datatype ||
                                        linecoding_old.format != linecoding.format ||
                                        linecoding_old.paritytype != linecoding.paritytype        )
                                        {
                                                buffer[0] = 33;//特殊串口设置指令
                                                memcpy((void *)(buffer+1),(void *)&linecoding,sizeof(linecoding));
                                                NRF24L01_TxPacket(buffer,sizeof(linecoding)+1);
                                        }
                                        else if(queue_size(&Qusart2Send) > 0)
                                        {
                                                QueueElementByte data_byte;
                                                for(i = 1; i < 32; i ++)
                                                {
                                                        if(dequene(&Qusart2Send,&data_byte) == -1 )
                                                                break;
                                                        buffer[i] = data_byte.buffer;
                                                }
                                                buffer[0] = i - 1;
                                                NRF24L01_TxPacket(buffer,buffer[0]+1);
                                        }
                                        else
                                        {
                                                if(GetEPRxStatus(ENDP4) == EP_RX_NAK)
                                                {
                                                        SetEPRxValid(ENDP4);
                                                }
                                                buffer[0] = 0;
                                                NRF24L01_TxPacket(buffer,1);
                                        }

                                }
                        }
                }

实物使用截图如下：

在实际使用中发现，硬件功耗大概在130ma左右，在数据交互的时候功耗会增加至170ma左右，不过并不影响模块的使用。

使用该模块的最大好处就是可以让硬件工程师的桌面更加的整洁。

硬件设计的时候，设计注意事项：

使用PS7516用作升压芯片，将电池电压3.7V升压至5V，为外设可以提供5v的电压输出。

MP2155为降压型LDO，具有可关断功能，当不使用时候，可以使整个系统处于低功耗状态，从而延长电池寿命。

PW4054为锂电池充电芯片，可使用type-c为电池充电，充电电流由R26取样电阻设定。

同时PL5356A芯片为锂电池电压检测芯片，可以显示当前的电池电量，后期将电池电压分压至单片机的ADC内，从而精准的检测电池电压。

在软件开发时候，有以下的注意事项：

抗干扰能力：NRF24L01工作在2.4GHz频段，该频段易受到WiFi、蓝牙等设备的干扰。在布局布线时要尽量减少干扰源的影响，并合理设置通信参数以提高抗干扰能力。

功耗管理：在不需要通信时及时将NRF24L01置于待机模式或掉电模式以降低功耗。

距离与障碍物：无线通信距离受环境因素影响较大，障碍物会严重影响通信质量。在实际应用中要考虑通信距离和障碍物的影响并采取相应的措施。

NRF24L01的开发过程需要仔细规划硬件连接、合理配置软件参数、掌握调试技巧并关注实际应用中的注意事项。通过不断的实践和总结可以逐渐提高开发效率和应用效果。

原理图见附件：

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2024-12-25 16:51 上传

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